Kvantová komunikácia

proces vývoja

V roku 1993 CHBennett predstavil koncepciu kvantovej komunikácie; v tom istom roku 6 vedcov z rôznych krajín navrhlo schému na realizáciu kvantovej teleportácie kombináciou klasických a kvantových metód: prenos neznámeho kvantového stavu častice na iné Na jednom mieste je ďalšia častica pripravená do kvantového stavu, zatiaľ čo pôvodná častice zostávajú na svojom mieste. Základnou myšlienkou je rozdeliť pôvodnú informáciu na dve časti: klasickú informáciu a kvantovú informáciu, ktoré sa prenášajú do prijímača klasickým kanálom a kvantovým kanálom. Klasické informácie získa odosielateľ vykonávajúci nejaký druh merania pôvodnej látky a kvantové informácie sú zvyškom informácií, ktoré odosielateľ počas merania nevyťažil; prijímač môže pripraviť pôvodný kvantový stav po získaní týchto dvoch druhov informácií Plne reprodukovaných. V tomto procese sa prenáša iba kvantový stav pôvodnej látky, nie samotná pôvodná látka. Odosielateľ nevie nič o tomto kvantovom stave, zatiaľ čo prijímač uvedie ďalšie častice do kvantového stavu pôvodnej hmoty. V tomto systéme zohráva nerešpektovanie zapletených štátov mimoriadne dôležitú úlohu. Kvantová teleportácia nie je dôležitá iba v oblasti fyziky, aby ľudia pochopili a odhalili záhadné zákony prírody, ale tiež môžu použiť kvantový stav ako informačný nosič na dokončenie prenosu veľkokapacitných informácií prostredníctvom prenosu kvantového stavu a dosiahnutie v zásade nerozlučná kvantová dôverná komunikácia.

V roku 1997 Pan Jianwei, mladý čínsky učenec študujúci v Rakúsku, prvýkrát spolupracoval s holandským učencom Bomiisterom a ďalšími na realizácii diaľkového prenosu neznámych kvantových štátov. Toto je po prvýkrát na svete, že kvantový stav sa úspešne preniesol z fotónu na Zemi A na fotón na Zemi B. V experimente iba stav&znamená stav GG; kvantovej informácie je vyjadrená a samotný fotón ako informačný nosič sa neprenáša.

V roku 2012 čínsky vedec Pan Jianwei a ďalší úspešne dosiahli prvých 100 kilometrov kvantovej teleportácie a zapletenia voľného vesmíru na svete, čím položili technický základ pre spustenie prvého svetového GG, kvantového komunikačného satelitného&;. Medzinárodný autorizovaný akademický časopis" Nature" časopis zameraný na tento úspech 9. augusta.". Úspešný prenos 100 kilometrov na vysoko stratových pozemkoch znamená, že prenosová vzdialenosť v priestore s nízkou stratou môže dosiahnuť viac ako 1 000 kilometrov, čo v podstate rieši problém prenosu informácií na veľké vzdialenosti. kvantových komunikačných satelitov." Člen výskumného tímu Peng Chengzhi povedal, že Quantum Prielom v základnej technológii komunikačných satelitov tiež ukazuje, že v budúcnosti je technicky možné vybudovať globálnu kvantovú komunikačnú sieť. 9. augusta medzinárodný autorizovaný akademický časopis" Nature" zameraný na tento úspech, ktorý predstavuje jeho všeobecné uznanie v medzinárodnej akademickej komunite.&"Nature GG"; magazín uviedol, že je to&„sľub, že sa stane míľnikom kvantovej komunikácie&na veľké vzdialenosti“, „GG“ smerom k globálnej kvantovej sieti&“, webová stránka Európskej fyzickej spoločnosti,&Spojených štátov, Science News" časopis a ďalšie špeciálne správy.

Základný obsah

Takzvaná kvantová komunikácia sa týka nového typu komunikačnej metódy, ktorá využíva efekt kvantového zapletenia na prenos informácií. Je to nový interdisciplinárny vývoj vyvinutý v posledných dvoch desaťročiach a nové výskumné pole kombinujúce kvantovú teóriu a teóriu informácií.

Optická kvantová komunikácia je založená hlavne na teórii kvantových zapletených stavov, pomocou kvantovej teleportácie (prenosu) na dosiahnutie prenosu informácií. Podľa experimentálneho overenia, bez ohľadu na to, ako ďaleko sú od seba dve častice so zapletenými stavmi, pokiaľ sa jedna zmení, druhá sa zmení okamžite. Proces použitia tejto vlastnosti na uskutočnenie optickej kvantovej komunikácie je nasledujúci: pár častíc so zapletenými stavmi je konštruovaný vopred. Tieto dve častice sa umiestnia na dve strany komunikácie a častice s neznámym kvantovým stavom a častice odosielateľa' sa spoločne zmerajú (operácia) a častice prijímača&# 39 sa okamžite zrútia (menia sa ) a kolaps (zmena) je v určitom stave. Tento stav je symetrický so stavom častíc odosielateľa' prijaté informácie (ekvivalentné pri inverznej transformácii) môžete získať rovnaký neznámy kvantový stav ako odosielateľ.

V porovnaní s optickou kvantovou komunikáciou nemožno klasickú komunikáciu porovnávať s jej bezpečnosťou a efektívnosťou. Komunikácia Security-Quantum nikdy" únik" ;. Kľúč k kvantovému šifrovaniu je náhodný. Aj keď je odpočúvaná ukradnutou osobou, nie je možné získať správny kľúč, takže informácie nemožno prelomiť. Dve častice so zapletenými stavmi v jednej' ruke, kvantový stav jednej z častíc sa mení, kvantový stav druhej strany sa zmení okamžite a podľa kvantovej teórie akékoľvek makroskopické pozorovanie a interferencia okamžite zmení Kvantový stav, ktorý spôsobuje, že sa zrútil, takže informácie získané zlodejmi v dôsledku interferencie boli zničené, nie pôvodné informácie. Účinný neznámy kvantový stav, ktorý je prenášaný, bude pred meraním v zamotanom stave, to znamená, že predstavuje viac stavov súčasne, napríklad kvantový stav môže predstavovať dve čísla 0 a 1 súčasne, 7 takéto kvantové stavy môžu predstavovať 128 súčasne stav alebo 128 číslic: 0 ~ 127. Takýto prenos optickej kvantovej komunikácie je ekvivalentný 128-násobku klasického spôsobu komunikácie. Je mysliteľné, že ak je prenosová šírka pásma 64 bitov alebo vyššia, potom bude rozdiel v účinnosti úžasnou schopnosťou 2 až N a vyššou.

Tu je ďalšie vysvetlenie kvantového zapletenia. Kvantové zapletenie sa dá pochopiť pomocou&"Schrodinger' s Cat GG" ;: keď dáte mačku do škatule obsahujúcej jed, a po chvíli ju zakryjete, spýtajte sa, či je mačka mŕtvy alebo živý? Kvantová Odpoveď na fyziku je: je mŕtva i živá. Niektorí ľudia povedia, že neviete, či otvoríte krabicu a pozeráte sa na ňu. Áno, budete vedieť, či je mačka mŕtvy alebo živý, keď otvoríte krabicu, ale podľa interpretácie kvantovej fyziky: tento mŕtvy alebo živý stav je výsledkom ľudského pozorovania, to znamená, že narušenie ľudských makier spôsobuje, že mačky sú mŕtve alebo živé. , nie je to skutočný stav, keď je rámček zakrytý. Podobne boli mikroskopické častice v&"mŕtvy GG"; a&"živý GG"; stavy predtým, ako sú&"narušené GG"; Dá sa povedať, že je to&"0 GG"; a&"1 GG".

Kvantová komunikácia má vlastnosti vysokej efektívnosti a absolútnej bezpečnosti av tomto okamihu je výskumným bodom medzinárodnej kvantovej fyziky a informácií. Aby sme mohli sledovať pôvod kvantovej komunikácie, musíme začať s dôkazom EGsteinovho'&"duch GG", kvantového zapletenia.

Pretože ľudia boli skeptickí voči interakcii medzi zapletenými časticami, fyzici sa snažili overiť, či je táto magická vlastnosť už desaťročia pravdivá.

V roku 1982 francúzsky fyzik Alain Aspect a jeho tím úspešne ukončili experiment, ktorý potvrdil existenciu fenoménu&"quantum entanglement GG"; mikroskopických častíc. Tento záver má veľký vplyv na hlavný svetonázor západnej vedy. Pretože Descartes, Galileo a Newton, tradičné myslenie západnej vedeckej komunity je presvedčené, že zložky vesmíru sú na sebe nezávislé a ich vzájomné pôsobenie je obmedzené priestorom a časom (tj lokalizovaným). Kvantové zapletenie potvrdzuje existenciu strašidelnej akcie Einsteina' na diaľku. Dokazuje to, že medzi akýmikoľvek dvoma látkami, bez ohľadu na to, ako ďaleko sú, sa môžu vzájomne ovplyvňovať a nie sú ovplyvnené štvorrozmerným časopriestorom. Obmedzenie je nelokálne a vesmír má hlboké vnútorné spojenia vo svete.

Na základe teórie kvantového zapletenia americký vedec CH Bennett navrhol v roku 1993 koncept kvantovej komunikácie (Quantum Teleportation). Kvantová komunikácia je komunikačná metóda, ktorá prenáša informácie pomocou kvantových stavov. Na zabezpečenie bezpečného komunikačného procesu využíva zásadu kvantového zapletenia elementárnych častíc, ako sú fotóny. Zavedenie koncepcie kvantovej komunikácie spôsobilo, že EGsteinova&č. 39, „strašidelná GG“ - výhoda zapletenia kvantového množstva začala skutočne uplatňovať svoju skutočnú moc.

V roku 1993 potom, čo Bennett navrhol koncepciu kvantovej komunikácie, navrhlo šesť vedcov z rôznych krajín na základe teórie kvantového zapletenia použitie klasických a kvantových metód na dosiahnutie kvantovej teleportácie, to znamená neznámeho kvanta častice. sa prenesie na iné miesto a ďalšia častica sa pripraví do kvantového stavu a pôvodná častica zostane na svojom mieste. Toto je pôvodná základná schéma kvantovej komunikácie. Kvantová teleportácia nie je dôležitá iba v oblasti fyziky, aby ľudia pochopili a odhalili tajomné zákony prírody, ale tiež môžu použiť kvantové stavy ako informačné nosiče na dokončenie prenosu veľkokapacitných informácií prostredníctvom prenosu kvantových stavov na dosiahnutie kvantovej hodnoty. v zásade nerozlúštiteľný. Dôverná komunikácia.

V roku 1997 čínsky mladý učenec Pan Jianwei, ktorý študoval v Rakúsku, prvýkrát spolupracoval s holandským učencom Bomiisterom a ďalšími na realizácii diaľkového prenosu neznámych kvantových štátov. Toto je po prvýkrát na svete, že kvantový stav sa úspešne preniesol z fotónu na Zemi A na fotón na Zemi B. V experimente iba stav&znamená stav GG; kvantovej informácie je vyjadrená a samotný fotón ako informačný nosič sa neprenáša.

Po viac ako 20 rokoch vývoja sa disciplína kvantovej komunikácie postupne posunula od teórie k experimentu a praktickému rozvoju. Medzi hlavné oblasti patria: kvantová kryptografická komunikácia, kvantová diaľková teleportácia a kvantové husté kódovanie.

Kvantové komunikačné systémy sú rozdelené do dvoch kategórií podľa toho, či informácie, ktoré prenášajú, sú klasické alebo kvantové. Prvý sa používa hlavne na prenos kvantových kľúčov, zatiaľ čo druhý sa môže použiť na distribúciu kvantového teleportovania a kvantového zapletenia. Takzvaný neviditeľný prenos označuje určitý druh&"kompletný GG"; prenos informácií, ktorý je oddelený od skutočnej veci. Z hľadiska fyziky je možné proces neviditeľného prenosu predstaviť nasledovne: najskôr extrahovať všetky informácie o origináli a potom preniesť informácie na prijímacie miesto a prijímač vyberie rovnakú základnú jednotku, ktorá predstavuje originál na základe informácie a vyrába dokonalú repliku originálu. Zásada neistoty kvantovej mechaniky však neumožňuje presnú extrakciu všetkých informácií o origináli a táto replika nemôže byť dokonalá. Takže teleportácia bola po dlhú dobu iba fantáziou.

V roku 1993 navrhlo šesť vedcov z rôznych krajín schému, ktorá využíva klasické a kvantové metódy na dosiahnutie kvantovej teleportácie: na prenos nerozpoznaného kvantového stavu častice na iné miesto a na prípravu inej častice na Kvantový stav zostávajú pôvodné častice na svojom mieste. , Základnou myšlienkou je rozdeliť pôvodnú informáciu na dve časti: klasickú informáciu a kvantovú informáciu, ktoré sa prenášajú do prijímača klasickým kanálom a kvantovým kanálom. Klasické informácie získa odosielateľ, ktorý vykonáva určité meranie pôvodnej látky, a kvantové informácie sú ostatné informácie, ktoré odosielateľ pri meraní nevyťažil; potom, čo prijímač získa tieto dva druhy informácií, môže byť pôvodný kvantový stav pripravený na úplnú repliku. V tomto procese sa prenáša iba kvantový stav pôvodnej látky, nie samotná pôvodná látka. Odosielateľ nemôže vôbec vedieť o tomto kvantovom stave, zatiaľ čo prijímač uvedie ďalšie častice do pôvodného kvantového stavu.

V tomto systéme má zásadnú úlohu nelokalita zapletených štátov. Kvantová mechanika je nelokálna teória, ktorá bola potvrdená experimentálnymi výsledkami, ktoré porušujú Bell' nerovnosť. Kvantová mechanika preto vykazuje mnoho kontraintuitívnych efektov. V kvantovej mechanike môžu byť dva stavy častíc pripravené takým spôsobom, že vzťah medzi nimi nie je možné klasicky vysvetliť. Takýto stav sa nazýva zamotaný stav. Kvantové zapletenie sa týka interakcie medzi dvoma alebo viacerými kvantovými systémami. Neklasické neklasické spojenie. Kvantová teleportácia nie je len veľmi dôležitá pre ľudí, aby pochopili a odhalili tajomné prírodné zákony v oblasti fyziky, ale tiež môžu použiť kvantový stav ako informačný nosič na uskutočnenie prenosu veľkokapacitných informácií prostredníctvom prenosu kvantového stavu, čo je v zásade nerozlučné. Kvantová dôverná komunikácia.

V roku 1997 Pan Jianwei, mladý čínsky učenec študujúci v Rakúsku a holandský učenec Bomiister, atď., Prvýkrát spolupracovali pri realizácii diaľkového prenosu neznámych kvantových štátov. Toto je po prvýkrát na svete, že kvantový stav sa úspešne preniesol z fotónu na Zemi A na fotón na Zemi B. To, čo sa prenieslo v experimente, bolo iba vyjadrenie&"stav GG"; kvantovej informácie a samotný fotón ako informačný nosič nebol prenesený. Pán Jianwei a jeho spolupracovníci už čoskoro urobili nové prielomy v štúdii o tom, ako očistiť vysoko kvalitné kvantové zapletené štáty. Pre teleportáciu kvantových stavov na veľké vzdialenosti je často potrebné umožniť dvom vzdialeným miestam vopred zdieľať najväčší kvantový zapletený stav. Avšak kvôli rôznym nevyhnutným environmentálnym hlukom sa kvalita kvantových zapletených stavov so zvyšujúcou sa prenosovou vzdialenosťou bude zhoršovať a zhoršovať. Preto je v súčasnosti v kvantovom komunikačnom výskume dôležitým problémom čistenie vysoko kvalitných kvantových zapletených stavov.

Mnoho medzinárodných výskumných skupín pracuje na tejto téme a navrhlo niekoľko teoretických riešení na čistenie kvantových zapletených štátov, ale žiadnej z nich nemožno dosiahnuť existujúcou technológiou. Neskôr Pan Jianwei a ďalší objavili teoretické riešenie kvantovej purifikácie zapleteného stavu, ktoré je experimentálne uskutočniteľné s využitím existujúcej technológie, a v zásade vyriešil základný problém kvantovej komunikácie na veľké vzdialenosti v dnešnej dobe. Tento výskumný úspech bol vysoko hodnotený medzinárodnou vedeckou komunitou a nazýva sa&"skok v diaľkovom kvantovom komunikačnom výskume GG".